TWI482387B - 具有故障指示器之配電網路的故障定位方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,尤其是用以對配電網路之故障點進行快速定位的故障定位方法。
配電網路是電力公司將電力傳輸至數個用戶端的主要傳輸媒介。為了維持電力傳輸的穩定度,電力公司通常係於該配電網路中設置數個故障指示器,並藉由該數個故障指示器監測該配電網路的輸電狀態與故障電流的產生位置,以使該電力公司能即時掌握該配電網路的運作情形,並對該配電網路的故障點進行定位。
請參照第1圖所示,該配電網路7包含至少一電力饋線71,且該電力饋線71之供電電流方向係由一上游端72朝向一下游端73。該電力饋線71設有數個故障指示器81~87,當該電力饋線71具有一故障點9時,該上游端72至該故障點9之間會產生一故障電流,且該故障電流將流經該故障指示器81、82及86,此時,該故障指示器81、82及86皆可偵測到該故障電流,並將偵測結果傳輸至一處理中心(圖未示),該處理中心再根據該故障電流之路徑,以進行該配電網路7中之故障點9的定位。
一般而言,處理中心在進行故障點的定位時,係先將該配電網路及該數個故障指示器所形成之網路拓撲整合為一圖資資料,並由處理中心的工作人員逐一檢視該圖資資料中,各該故障指示器的狀態與相關位置,以進行該故障點的定位。惟,在實際的配電網路中,網路拓撲的分布
既廣闊又複雜,直接由該圖資資料檢視各該故障指示器的狀態,無法快速的對該配電網路之故障點進行定位。
此外,請參照第2圖所示,當該配電網路7中具有二故障點9a、9b時,該上游端72至該二故障點9a、9b之間會分別產生該故障電流,且該故障點9a所相對產生之故障電流係流經該故障指示器81、82及86,該故障點9b所相對產生之故障電流係流經該故障指示器81、82及83,亦即該故障指示器81、82、83及86皆可偵測到該故障電流。
更詳言之,當該配電網路7因上述二個故障點9a及9b而產生相對之故障電流時,處理中心的工作人員須將偵測到故障電流之該故障指示器81、82、83及86與該圖資資料進行比對,以找出該二故障點9a及9b在該配電網路7的實體位置。惟,該處理中心在進行故障點的定位時,係逐一檢視該圖資資料中各該故障指示器的狀態,在同時具有該故障點9a及9b的狀況時,第一次比對僅能由該故障指示器81、82及86找到故障點9a,且必須再藉由第二次的比對,才能由該故障指示器81、82及83找到故障點9b,因此,習知在進行故障點的定位時,若配電網路7中具有二個以上的故障點,將增加該數個故障點定位所需的時間。
有鑑於此,需要一種更有效率之故障定位方法,以在具有故障指示器之該配電網路中,提升該配電網路之故障點的定位速度。
本發明之主要目的係提供一種具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,該方法可在具有故障指示器之配電網路中,提升該配電網路之故障點的定位速度。
為達到前述發明目的,本發明係提供一種具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,係由一處理器執行以下步驟:一資料讀取步驟,
係讀取一資料庫中所儲存之一電網資料,該電網資料包含具有至少一電力饋線之一配電網路,該配電網路具有一上游端及一下游端,該上游端及該下游端之間設有數個故障指示器,且該數個故障指示器係將該至少一電力饋線區分為數個檢測區段;一電網矩陣建立步驟,係建立一電網矩陣,該電網矩陣係表示為,該電網矩陣之元素數量係為該故障指示器之數量乘以該檢測區段之數量,該電網矩陣之元素Aij
代表第i個故障指示器及第j個檢測區段,當第i個故障指示器朝該下游端延伸可經過第j個檢測區段時,該電網矩陣之元素Aij
係設定為1,否則該電網矩陣之元素Aij
係設定為0,其中該i及j皆為一正整數;一故障電流向量建立步驟,係建立一故障電流向量,該故障電流向量係表示為[LC i
],該故障電流向量之元素數量係為該故障指示器之數量,該故障電流向量之元素LCi
代表第i個故障指示器,當第i個故障指示器未檢測出一電流時,該故障電流向量之元素LCi
係設定為0,否則該故障電流向量之元素LCi
係設定為非0之數值;及一故障點定位步驟,係將該故障電流向量與該電網矩陣進行一反向替代運算,以求得一檢測區段向量,該檢測區段向量係表示為,該檢測區段向量之元素數量係為該檢測區段之數量,該檢測區段向量之元素PELj
代表第j個檢測區段,當該檢測區段向量之元素PELj
的值大於一檢測標準值時,係代表第j個檢測區段具有一故障點。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,該電網矩陣係為一上三角矩陣。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障電流向量建立步驟中,當第i個故障指示器檢測出該電流時,該LCi
係設定為1。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障電流向量建立步驟中,當第i個故障指示器檢測出該電流時,
係以一區段電流值代表所檢測出之電流值,並將該故障電流向量之元素LCi
係設定為第i個故障指示器所檢測出之區段電流值。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障電流向量建立步驟中,當第i個故障指示器檢測出該電流時,該LCi
係設定為第i個故障指示器所檢測出之電流值。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障點定位步驟中,該檢測標準值係設定為0。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障點定位步驟中,該檢測標準值係設定為小於該檢測區段向量之數個元素的最大值,並大於或等於該檢測區段向量之數個元素的次大值。
本發明之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,當第j個檢測區段之一端連接第i個故障指示器,且另一端朝該下游端延伸並止於另一個該故障指示器或任一終端時,則j=i,否則j≠i。
〔本發明〕
1‧‧‧資料庫
2‧‧‧處理器
3‧‧‧配電網路
31‧‧‧電力饋線
311‧‧‧檢測區段
311a~311g‧‧‧檢測區段
32‧‧‧上游端
33‧‧‧下游端
34‧‧‧故障指示器
34a~34g‧‧‧故障指示器
4‧‧‧故障點
4a~4b‧‧‧故障點
5‧‧‧配電網路
51‧‧‧電力饋線
511‧‧‧檢測區段
511a~511h‧‧‧檢測區段
52‧‧‧上游端
53‧‧‧下游端
54‧‧‧故障指示器
54a~54h‧‧‧故障指示器
6‧‧‧故障點
S1‧‧‧資料讀取步驟
S2‧‧‧電網矩陣建立步驟
S3‧‧‧故障電流向量建立步驟
S4‧‧‧故障點定位步驟
〔習知〕
7‧‧‧配電網路
71‧‧‧電力饋線
711‧‧‧檢測區段
72‧‧‧上游端
73‧‧‧下游端
8‧‧‧故障指示器
81~87‧‧‧故障指示器
9‧‧‧故障點
9a~9b‧‧‧故障點
第1圖:習知配電網路具有單一故障點之示意圖。
第2圖:習知配電網路具有二故障點之示意圖。
第3a圖:本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法的較佳實施裝置圖。
第3b圖:本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法所實施之配電網路圖。
第4圖:本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法流程圖。
第5圖:本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法所實施之配電網路圖。
第6圖:本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法所實施之另一配電網路圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:本發明所述之「上游端」及「下游端」,係根據一供應電力流經一電力線之方向而定,亦即當該供應電力由該電力線之第一端輸送至第二端時,該第一端即為「上游端」,該第二端即為「下游端」。
請參照第3a及3b圖所示,其係本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法之一較佳實施裝置,該裝置包含一資料庫1及一處理器2,並應用於一配電網路3。其中,該配電網路3具有至少一電力饋線31,該電力饋線31之二端分別形成一上游端32及一下游端33,該上游端32至該下游端33之間設有數個故障指示器34,任二相鄰故障指示器34間之電力饋線31係形成一檢測區段311,或者該下游端33朝該上游端32延伸至最接近之該故障指示器34間之電力饋線31,亦形成該檢測區段311。
該資料庫1係用以儲存一電網資料。更詳言之,該電網資料係指該電力網路3中之各該電力饋線31的分布、數個故障指示器34在各該電力饋線31中的設置位置,以及任二相鄰故障指示器34間所形成之該檢測區段311的位置等。其中,上述資料之儲存與讀取態樣,可為結合實體環境之一圖資資料或一座標數值資料,在此並不設限。
該處理器2電性連接該資料庫1,以讀取該資料庫1所儲存之該電網資料,該處理器2可為一電腦或任何運算處理器,並可執行一軟體或程式,以進行運算統計等操作。
請參照第4圖所示,本發明具有故障指示器之配電網路的故
障定位方法,係由一處理器執行以下步驟:一資料讀取步驟S1、一電網矩陣建立步驟S2、一故障電流向量建立步驟S3及一故障點定位步驟S4。
該資料讀取步驟S1,係由該處理器2讀取該資料庫中1所儲存之該電網資料,該電網資料包含具有至少一電力饋線31之一配電網路3,該配電網路3具有該上游端32及該下游端33,該上游端32及該下游端33之間設有數個故障指示器34,且該數個故障指示器34係將該至少一電力饋線31區分為數個檢測區段311。
請再參照第3b圖所示,更詳言之,該處理器2為了取得該配電網路3之電力饋線31分布及各該故障指示器34的設置位置,須先讀取該資料庫1所儲存之該電網資料。又,該檢測區段311可形成於任二相鄰之故障指示器34間之電力饋線31,或者該下游端33朝該上游端32延伸至最接近之該故障指示器34間之電力饋線31,例如該檢測區段311之一端係連接該故障指示器34,另一端朝該下游端33延伸並止於另一個該故障指示器34或任一終端(如負載端或架設於該電力饋線31上之任一裝置)。在本實施例中,該故障指示器34需具有偵測電流之功能,且可具有偵測電流方向或電流值大小之功能。
該電網矩陣建立步驟S2,係建立一電網矩陣,該電網矩陣係表示為,該電網矩陣之元素數量係為該故障指示器34之數量乘以該檢測區段311之數量,該電網矩陣的元素Aij
代表第i個故障指示器34及第j個檢測區段311,當第i個故障指示器34朝該下游端33延伸可經過第j個檢測區段時311,該Aij
係設定為1,否則該Aij
係設定為0,其中,該i及j皆為一正整數,且i的最大值為該故障指示器34之數量,j的最大值為該檢測區段311之數量。
更詳言之,該處理器2係根據該數個檢測區段311與該數個故障指示器34之數量與相關位置建立該電網矩陣。請參照第5圖所示,在
本實施例中,該故障指示器34a~34g之數量係為7,該檢測區段311a~311g之數量亦為7,因此,該電網矩陣之元素數量係為7×7。
其中,該電網矩陣之元素可表示為Aij
,且當第j個檢測區段之一端連接第i個故障指示器34,且另一端朝該下游端33延伸並止於另一個該故障指示器或任一終端(如負載端或架設於該電力饋線31上之任一裝置)時,則j=i,否則j≠i。進一步而言,在第5圖所示之實施例中,該檢測區段311a之一端連接該故障指示器34a,且另一端朝該下游端33延伸,因此,當該故障指示器34a被視為第一個故障指示器時,該檢測區段311a即代表第一個檢測區段,同理,當該故障指示器34b~34g分別被視為第二至七個故障指示器時,該檢測區段311b~311g即分別代表第二至七個檢測區段。
進而言之,對第一個故障指示器34a而言,當該故障指示器34a朝該下游端33延伸時,共可經過第一至七個檢測區段311a~311g,因此,第一列(row)之元素可表示為:[A 11 A 12
…A 17
]=[1 1 1 1 1 1 1]。
對第二個故障指示器34b而言,當該故障指示器34b朝該下游端33延伸時,共可經過第二至七個檢測區段311b~311g,因此,第二列之元素可表示為:[A 21 A 22
…A 27
]=[0 1 1 1 1 1 1]。
對第三個故障指示器34c而言,當該故障指示器34c朝該下游端33延伸時,共可經過第三至五個檢測區段311c~311e,因此,第三列之元素可表示為:[A 31 A 32
…A 37
]=[0 0 1 1 1 0 0]
對第四個故障指示器34d而言,當該故障指示器34d朝該下游端33延伸時,共可經過第四及五個檢測區段311d~311e,因此,第四列
之元素可表示為:
[A 41 A 42
…A 47
]=[0 0 0 1 1 0 0]
對第五個故障指示器34e而言,當該故障指示器34e朝該下游端33延伸時,僅經過第五個檢測區段311e,因此,第五列之元素可表示為:[A 51 A 52
…A 57
]=[0 0 0 0 1 0 0]
對第六個故障指示器34f而言,當該故障指示器34f朝該下游端33延伸時,共可經過第六及七個檢測區段311f~311g,因此,第六列之元素可表示為:[A 61 A 62
…A 67
]=[0 0 0 0 0 1 1]
對第七個故障指示器34g而言,當該故障指示器34g朝該下游端33延伸時,僅經過第七個檢測區段311g,因此,第七列之元素可表示為:[A 71 A 72
…A 77
]=[0 0 0 0 0 0 1]
因此,在本實施例中,該電網矩陣係為一上三角矩陣,且可表示為:
承上,由於該電網矩陣係表示該數個故障指示器34與該數個檢測區段311之相對位置,因此,藉由該電網矩陣建立步驟S2所產生之該電網矩陣,可在後續的運算中提升該配電網路3之故障點的定位速度。
該故障電流向量建立步驟S3,係建立一故障電流向量,該故障電流向量係表示為[LC i
],該故障電流向量之元素數量係為該故障指示器34之數量,該故障電流向量之元素LCi
代表第i個故障指示器,當第i個故障指示器未檢測出一電流時,該LCi
係設定為0,否則該LCi
係設定為非0之數值。
請再參照第5圖所示,在本實施例中,該故障指示器34a~34g之數量係為7,因此該故障電流向量之元素係為7個。又,當二故障點4a、4b分別產生於第三個檢測區段311c及第六個檢測區段311f時,該上游端32至該二故障點4a、4b之間會分別產生該故障電流,且該故障點4a所相對產生之故障電流係流經該故障指示器34a、34b及34c,該故障點4b所相對產生之故障電流係流經該故障指示器34a、34b及34f,此時,該第一、第二、第三及第六個故障指示器34a、34b、34c及34f皆可偵測到該電流。對於偵測出該電流之第i個故障指示器,該LCi
可設定為1,或可設定為第i個故障指示器所檢測出之電流值,在此並不設限。若欲將偵測出該電流之第一、第二、第三及第六個故障指示器所相對之元素LCi
設定為1時,該故障電流向量可表示為:[LC i
]=[1 1 1 0 0 1 0] T
承上,由於該故障電流向量係表示該數個故障指示器34偵測電流之結果,因此,藉由該故障電流向量建立步驟S3所產生之該故障電流向量,可與該電網矩陣在後續的步驟中進行運算,以提升該配電網路3之故障點的定位速度。
該故障點定位步驟S4,係將該故障電流向量與該電網矩陣進行一反向替代運算,以求得一檢測區段向量,該檢測區段向量係表示為,該檢測區段向量之元素數量係為該檢測區段之數量,該檢測區段向量之元素PELj
代表第j個檢測區段,當該PELj
的值大於一檢測標準值
時,係代表第j個檢測區段具有一故障點更詳言之,該故障電流向量、該電網矩陣及該檢測區段向量之運算方程式係表示如下:
因此,在得知該電網矩陣及該故障電流向量[LC i
]後,為了求得該檢測區段向量,必須使用一反向替代法(backward substitution)進行運算。在經由該反向替代法運算後,所求得之該檢測區段向量係表示如下:[PEL j
]=[0 -1 1 0 0 1 0] T
此時,該檢測標準值可設定為0,亦即該檢測區段向量元素PELj
大於0時,代表第j個檢測區段311具有故障點。由上述檢測區段向量可知,故障點已被定位於第三及六個檢測區段311c及311f,且該故障點的定位結果與故障點4a、4b所產生之位置相同,因此,可證實本發明之故障定位方法可準確且快速的對故障點進行定位。
請參照第6圖所示,其係本發明實施於另一配電網路5之態樣。該配電網路5具有至少一電力饋線51,該電力饋線51之二端分別形成一上游端52及一下游端53,該上游端52至該下游端53之間設有數個故障指示器54,任二相鄰故障指示器54間之電力饋線51係形成一檢測區段511。在本實施例中,該故障指示器54a~54h之數量為8,該檢測區段511a~511h之數量亦為8,其中,該故障指示器54除了具有偵測電流之功能外,更可準確量測出所流經之電流的電流值,或者是量測出所流經之電流之一區段電流值,該電流值或區段電流值的單位可為安培。更詳言之,當一實際電流值位於一區段上限值及一區段下限值之間時,若以該區段上限值表示該實際電流值,該區段上限值即為該區段電流值;若以該區段下限值表示該實際電流值,該區段下限值即為該區段電流值。
該配電網路5在經由該處理器2執行該資料讀取步驟S1及該電網矩陣建立步驟S2之程序,與前一實施例相同,於此容不贅述。在執行該電網矩陣建立步驟S2後,該配電網路5所代表之電網矩陣係表示如下:
在建立該電網矩陣後,可接續執行該故障電流向量建立步驟S3。在執行該故障電流向量建立步驟S3時,由於該故障指示器54a~54h之數量為8,因此該故障電流向量之元素係為8個,且在本實施例中,該故障指示器54a~54h中可設有數個量測區段(本實施例之量測區段分別為375A、750A、1500A、2000A、4000A、8000A),並進一步量測所流經之該實際電流值,且當該實際電流值位於該區段上限值及該區段下限值之間時,係以該區段下限值作為該區段電流值。例如當該故障指示器54量測到介於4000~8000安培的電流時,係以該區段下限值(4000)作為該區段電流值。因此,該故障電流向量之元素LCi
可設定為第i個故障指示器所檢測出之區段電流值,且該故障電流向量可表示為:[LC i
]=[4000 4000 4000 750 750 0 375 0] T
由上述故障電流向量可知,在第一至三個故障指示器54a~54c之區段電流值為4000安培,而在第四至八個故障指示器54d~54h之區段電流值,由於第四至八個故障指示器54d~54h之區段電流值係遠小於第一至三個故障指示器54a~54c之區段電流值,因此可判斷該第四至八
個故障指示器54d~54h之區段電流值,應為其餘分散式電源(圖未示)或其它因素所貢獻之微量故障電流的電流值,而非主電力系統之該上游端32所貢獻之故障電流的電流值。
承上,由於該故障電流向量亦可表示為各該故障指示器所檢測出之電流值或區段電流值,因此,藉由該故障電流向量所示之電流值或區段電流值的大小,可準確的偵測該故障電流之路徑,以同時提升該配電網路5之故障點定位的準確度與速度。
在建立該故障電流向量後,可接續執行該故障點定位步驟S4。在執行該故障點定位步驟S4時,同樣將該故障電流向量與該電網矩陣進行該反向替代運算,以求得該檢測區段向量,該檢測區段向量係表示如下:[PEL j
]=[0 -375 3250 0 750 0 375 0] T
在本實施例中,由於該故障指示器54a~54h可量測出該故障電流的電流值與其它因素所貢獻之微量故障電流的電流值,因此,在經由該故障點定位步驟S4的計算後,所求得之該檢測區段向量將產生數個大小不同的數值,因此,為了避免該微量電流的存在而產生誤判,該檢測標準值較佳係設定為小於該檢測區段向量之數個元素的最大值,並大於或等於該檢測區段向量之數個元素的次大值,以提升故障點的定位準確度,在本實施例中,該檢測標準值係可定為大於或等於750且小於3250之數值,若將該檢測標準值設為750,當該檢測區段向量元素PELj
大於750時,係代表第j個檢測區段511具有故障點,亦即可將該故障點6定位於大於該檢測標準值之第三檢測區段511c,因此,可提升該配電網路5之故障點定位的準確度與速度。
綜上所述,本發明具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,可根據該數個故障指示器與該數個檢測區段之相對位置建立該電網矩
陣,並根據各該故障指示器對該故障電流的量測結果建立該故障電流向量,再藉由該電網矩陣與該故障電流向量的計算以進行故障點的定位,具有提升該配電網路之故障點的定位速度的功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內,相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S1‧‧‧資料讀取步驟
S2‧‧‧電網矩陣建立步驟
S3‧‧‧故障電流向量建立步驟
S4‧‧‧故障點定位步驟
Claims (8)
- 一種具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,係由一處理器執行以下步驟:一資料讀取步驟,係讀取一資料庫中所儲存之一電網資料,該電網資料包含具有至少一電力饋線之一配電網路,該配電網路具有一上游端及一下游端,該上游端及該下游端之間設有數個故障指示器,且該數個故障指示器係將該至少一電力饋線區分為數個檢測區段;一電網矩陣建立步驟,係建立一電網矩陣,該電網矩陣係表示為,該電網矩陣之元素數量係為該故障指示器之數量乘以該檢測區段之數量,該電網矩陣之元素Aij 代表第i個故障指示器及第j個檢測區段,當第i個故障指示器朝該下游端延伸可經過第j個檢測區段時,該電網矩陣之元素Aij 係設定為1,否則該電網矩陣之元素Aij 係設定為0,其中該i及j皆為一正整數;一故障電流向量建立步驟,係建立一故障電流向量,該故障電流向量係表示為[LC i ],該故障電流向量之元素數量係為該故障指示器之數量,該故障電流向量之元素LCi 代表第i個故障指示器,當第i個故障指示器未檢測出一電流時,該故障電流向量之元素LCi 係設定為0,否則該故障電流向量之元素LCi 係設定為非0之數值;及一故障點定位步驟,係將該故障電流向量與該電網矩陣進行一反向替代運算,以求得一檢測區段向量,該檢測區段向量係表示為,該檢測區段向量之元素數量係為該檢測區段之數量,該檢測區段向量之元素PELj 代表第j個檢測區段,當該檢測區段向量之元素PELj 的值大於一檢測標準值時,係代表第j個檢測區段具 有一故障點。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,該電網矩陣係為一上三角矩陣。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障電流向量建立步驟中,當第i個故障指示器檢測出該電流時,該故障電流向量之元素LCi 係設定為1。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障電流向量建立步驟中,當第i個故障指示器檢測出該電流時,係以一區段電流值代表所檢測出之電流值,並將該故障電流向量之元素LCi 設定為第i個故障指示器所檢測出之該區段電流值。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障電流向量建立步驟中,當第i個故障指示器檢測出該電流時,該故障電流向量之元素LCi 係設定為第i個故障指示器所檢測出之電流值。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障點定位步驟中,該檢測標準值係設定為0。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,在該故障點定位步驟中,該檢測標準值係設定為小於該檢測區段向量之數個元素的最大值,並大於或等於該檢測區段向量之數個元素的次大值。
- 根據申請專利範圍第1項之具有故障指示器之配電網路的故障定位方法,其中,當第j個檢測區段之一端連接第i個故障指示器,且另一端朝該下游端延伸並止於另一個該故障指示器或任一終端時,則j=i,否則j≠i。
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